公路隧道交通事故動(dòng)力學(xué)及預(yù)防策略淺析

潘 競 虎

(甘肅公航旅路業(yè)有限公司，甘肅 蘭州 730300)

1 概述

1988年10月，我國修建了第一條高速公路，從1989年到1999年的10年時(shí)間內(nèi)，我國高速公路事業(yè)飛速發(fā)展，里程數(shù)實(shí)現(xiàn)了從300 km～11 600 km的跨越式增長[1]。截止到2009年年底，我國高速公路里程數(shù)達(dá)到了65 100 km，在世界上里程數(shù)僅次于美國[1]。2019年年底，我國的高速公路里程數(shù)達(dá)到了149 600 km，遠(yuǎn)超美國的95 900 km，位居世界第一[1]。高速公路具有全封閉、車速高、惡性交通事故多發(fā)等特點(diǎn)，隨著我國高速公路事業(yè)的飛速發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，高速公路車流愈發(fā)密集，交通壓力與日俱增，交通事故頻率也隨之不斷提高，尤其是路橋、路隧、橋隧等過度與聯(lián)結(jié)位置，受交通視線與路線線形影響，更是成為了事故多發(fā)位置。因此，對(duì)高速公路及其隧道聯(lián)結(jié)位置進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，并結(jié)合現(xiàn)今的施工工藝與管理措施，提出合理有效的預(yù)防措施，對(duì)于保障整體安全性能，提高駕駛舒適度與安全性，顯得至關(guān)重要。

2 公路隧道交通事故動(dòng)力學(xué)分析及成因匯總

2.1 公路隧道車輛撞擊動(dòng)力學(xué)分析

2.1.1 力學(xué)模型及基本假定

以汽車進(jìn)洞前沖撞護(hù)欄為例，計(jì)算汽車沖擊力[2]。如圖1所示，即為汽車撞擊沖擊力計(jì)算的力學(xué)模型。

在進(jìn)行汽車沖擊力計(jì)算分析過程中，將汽車近似地視為剛體，但需要考慮碰撞過程中車體前部出現(xiàn)的局部變形，因此，以無質(zhì)量的塑性彈簧系數(shù)k2表征汽車在碰撞過程中的變形特征，假設(shè)汽車變形過程中其自身為只有壓縮變形抗力而無恢復(fù)力的假想彈簧，將護(hù)欄考慮為單自由度體系，用彈簧系數(shù)k1反映護(hù)欄自身的變形。

2.1.2 建立動(dòng)力方程

根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，建立車輛和防撞護(hù)欄系統(tǒng)的動(dòng)力方程：

用矩陣形式表示為：

式中：m1——護(hù)欄在汽車沖撞過程中參與振動(dòng)的等效質(zhì)量，取決于沖撞過程中護(hù)欄受影響作用的有效范圍，可由試驗(yàn)或相應(yīng)的數(shù)值模擬得到；

m2——汽車自重與其所載重之和計(jì)算的質(zhì)量；

k1——與護(hù)欄受沖撞作用的有效范圍有關(guān)，可由試驗(yàn)或相應(yīng)的數(shù)值模擬得到；

k2——汽車車身前部與護(hù)欄碰撞時(shí)，模擬其變形的彈簧剛度系數(shù)，其值同樣可由試驗(yàn)或相應(yīng)的數(shù)值模擬得到。

2.1.3 求解動(dòng)力方程

因此，可解得：

a1=0,a2=0。

所以，方程的解為：

則可得到汽車沖擊力為：

2.2 公路隧道交通事故成因分析

2.2.1 公路隧道交通事故類型

公路隧道是整個(gè)公路的特殊路段，也是設(shè)計(jì)、施工、管養(yǎng)過程中重點(diǎn)關(guān)注的位置。由于隧道自身的特殊性，公路隧道內(nèi)行車受照度、環(huán)境噪聲、司機(jī)自身狀態(tài)、空氣質(zhì)量等外界環(huán)境因素的影響，加之大多數(shù)隧道內(nèi)環(huán)境較為潮濕，部分工程排水與防水工作不到位，且隧道內(nèi)路面上容易粘附汽車尾氣排放的廢氣、煙塵等，無法及時(shí)得以清理和維護(hù)，導(dǎo)致路面抗滑性能降低，附著系數(shù)減小，嚴(yán)重影響路面本身的質(zhì)量與行車安全性。因此，根據(jù)以往的資料與研究成果，公路隧道內(nèi)發(fā)生的交通事故可以分為以下六類：追尾、側(cè)翻、二次事故、碰撞、單車事故、自燃。其中，二次事故是指公路隧道內(nèi)發(fā)生首次事故后，相關(guān)管理部門未及時(shí)做出反應(yīng)和處置，致使該車在隧道內(nèi)?？繒r(shí)后車再次與該車發(fā)生追尾、碰撞等事故，甚至撞擊駕駛?cè)藛T進(jìn)而對(duì)其造成嚴(yán)重的生命威脅和財(cái)產(chǎn)損失。單車事故是指汽車在行駛過程中由于駕駛員疏忽或路況較差致使車輛在高速行駛過程中直接撞上路側(cè)結(jié)構(gòu)物的一類事故，其與追尾、碰撞等存在本質(zhì)上的差別。

2.2.2 公路隧道交通事故成因分析

綜合公路隧道內(nèi)發(fā)生的交通事故類型，造成公路隧道交通事故的原因，可以歸結(jié)為隧道結(jié)構(gòu)因素、環(huán)境因素、駕駛?cè)藛T因素等三方面。

首先，隧道自身結(jié)構(gòu)在施工和管養(yǎng)過程中，相關(guān)部門的疏忽致使隧道自身結(jié)構(gòu)在使用過程中就存在缺陷。例如，隧道施工過程中防排水處理不到位，致使洞身漏水或滲水，從而導(dǎo)致隧道路面濕滑、結(jié)冰、積水等，嚴(yán)重影響隧道內(nèi)車輛行駛的安全性。而隧道內(nèi)路面破損和基礎(chǔ)的不均勻沉降，則直接影響到行車的安全性和舒適性。

其次，隧道內(nèi)部環(huán)境對(duì)交通安全性也有極為重要的影響。隧道內(nèi)的照度、隧道洞口積水結(jié)冰、空氣質(zhì)量、環(huán)境噪聲等，均會(huì)影響行車安全性，尤其是車輛高速駛?cè)胨淼溃h(huán)境亮度經(jīng)歷了從亮到暗再到亮的過程，駕駛?cè)藛T須有一定的反應(yīng)和適應(yīng)過程，若洞內(nèi)外亮度差過大，則會(huì)直接形成“黑洞效應(yīng)”，進(jìn)而導(dǎo)致車輛撞上隧道。

最后，駕駛?cè)藛T自身的心理和生理狀況，是另一影響公路隧道交通安全的重要因素。駕駛?cè)藛T的狀態(tài)直接影響著駕駛的安全性，如隧道進(jìn)出口的亮度差會(huì)導(dǎo)致駕駛?cè)藛T的瞳孔面積、心率變化、注視點(diǎn)變化等造成一定的影響，進(jìn)而影響行車安全性，另外，部分司機(jī)安全意識(shí)淡薄，法律概念模糊，會(huì)存在一些諸如酒駕、醉駕、疲勞駕駛等危險(xiǎn)行為，給自身的安全性、其他車輛的正常行駛、管理部門的工作等均會(huì)帶來極大的壓力。

3 公路隧道交通事故預(yù)防措施

3.1 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與管養(yǎng)

一方面，要將隧道設(shè)計(jì)、施工與安全管理工作相結(jié)合，在隧道項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初，就充分考慮交通安全問題，采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施對(duì)其進(jìn)行預(yù)防，并在施工過程中注意細(xì)節(jié)，嚴(yán)格把控施工質(zhì)量和施工工序。具體而言，在隧道設(shè)計(jì)方案中單獨(dú)提出具體的交通安全設(shè)計(jì)方案，并由專門的部門和人員進(jìn)行審核，根據(jù)安全管理需要，對(duì)隧道方案進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計(jì)；對(duì)隧道內(nèi)路面進(jìn)行抗滑處理，提高路面摩擦系數(shù)，國際上通用的處理措施有拉毛法、滾槽法、機(jī)械刻槽法、壓毛法、壓印規(guī)則紋理法等；結(jié)合隧道長度、地質(zhì)條件、車流量等因素，綜合調(diào)整隧道內(nèi)照明與通風(fēng)條件，并控制隧道內(nèi)的噪聲污染，實(shí)現(xiàn)綜合調(diào)節(jié)，在達(dá)到隧道總體照明與行車要求的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排；嚴(yán)格控制隧道施工過程中仰拱、襯砌等的施工質(zhì)量，并做好防排水工作，改善隧道內(nèi)路面情況，減輕因基礎(chǔ)沉降、襯砌滲漏等對(duì)行車路面的影響，延長隧道路面使用壽命，保證行車安全性與舒適性。

另一方面，隧道運(yùn)營的過程中加強(qiáng)監(jiān)管，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道的工作狀態(tài)和服役性能，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問題，進(jìn)行損傷識(shí)別并且適時(shí)采取合理的措施進(jìn)行維護(hù)，保證運(yùn)營安全。

3.2 落實(shí)人員培訓(xùn)與管理

普及公路交通安全知識(shí)，提高全民交通安全意識(shí)。建立以公安交通部門為主體，學(xué)校和社區(qū)為依托，新聞媒體、自媒體等為媒介，全面涵蓋各個(gè)單位和個(gè)人的交通安全宣傳體系，增強(qiáng)全民公路交通安全意識(shí)。對(duì)高速公路沿線的居民進(jìn)行安全普法教育，針對(duì)常見的違章與違法形式，有目的性、針對(duì)性的進(jìn)行宣傳教育，構(gòu)建良好的公路社區(qū)關(guān)系，依托公路途徑區(qū)域居民，共同維護(hù)路產(chǎn)路權(quán)。此外，駕駛員自身的狀態(tài)與安全意識(shí)，是公路交通安全事故中至關(guān)重要的部分，因此，須嚴(yán)格把控職業(yè)證書培訓(xùn)質(zhì)量，保證駕駛?cè)藛T熟練掌握相應(yīng)的駕駛技能、法律法規(guī)、注意事項(xiàng)等，時(shí)刻注意自身生理狀況和心理狀態(tài)，堅(jiān)決不酒駕、不醉駕、不疲勞駕駛，加強(qiáng)自身心理素質(zhì)培養(yǎng)，保證在行車途中能及時(shí)處置出現(xiàn)的各種突發(fā)狀況和陌生的路線路況。此外，還須加強(qiáng)管理隊(duì)伍建設(shè)，提升管理部門執(zhí)法效率與執(zhí)法能力，避免因交通問題處置不及時(shí)而引發(fā)二次事故，提高管理隊(duì)伍文化素養(yǎng)、專業(yè)技能以及政治素養(yǎng)，使管理隊(duì)伍專業(yè)化、規(guī)范化、現(xiàn)代化。

3.3 完善緊急預(yù)案及其管理系統(tǒng)

現(xiàn)今我國高速公路隧道的運(yùn)營管理工作雖然已經(jīng)取得了一定的成就，但就整體而言，仍然存在較大問題，例如，隧道交通事故緊急救援體系不甚完備，事故救援隊(duì)伍的專業(yè)化、規(guī)范化、現(xiàn)代化程度有待提升，緊急預(yù)案及管理系統(tǒng)的搭建與完善工作亟待解決。因此，建立健全高速公路隧道交通事故緊急預(yù)案及其管理系統(tǒng)，對(duì)于縮短事故反應(yīng)時(shí)間，減少二次事故發(fā)生，緩解交通壓力具有極為重要的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)意義。在歸納、總結(jié)、分析以往交通事故及其數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，基于交通安全系統(tǒng)工程的理論，搭建完整的交通安全信息數(shù)據(jù)庫，并基于此構(gòu)建對(duì)應(yīng)的交通安全評(píng)價(jià)模型對(duì)其自身路段的安全度進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析、篩選事故多發(fā)地點(diǎn)，根據(jù)分析結(jié)果，進(jìn)一步研究其成因及影響因素，得到誘發(fā)事故的不同因素組合，最終得到公路隧道事故多發(fā)地點(diǎn)的預(yù)防與處置方案，即可構(gòu)建一套科學(xué)完整的公路隧道交通事故多發(fā)分析系統(tǒng)與緊急預(yù)案管理系統(tǒng)。在實(shí)現(xiàn)管理效率提升，減輕管理人員壓力的同時(shí)，又能提高公路隧道內(nèi)行車安全與事故處理能力，在發(fā)生事故的第一時(shí)間即可實(shí)施高效、得力地救援，減輕人民生命和財(cái)產(chǎn)損失，并保證路線暢通。

4 結(jié)語

近年來，隨著我國公路里程的日漸增加與國民經(jīng)濟(jì)實(shí)力的穩(wěn)步增長，公路隧道事故發(fā)生頻率不斷上升，給人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成了極大威脅。隧道內(nèi)行車安全受設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理等多方面因素的影響，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)、合理地分析并采取有效措施減輕損失，保證線路暢通，受到了國內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注。本研究通過對(duì)公路隧道車輛進(jìn)洞前撞擊護(hù)欄的動(dòng)力學(xué)分析，考慮了力學(xué)基本假定后構(gòu)建了相關(guān)力學(xué)模型，建立了動(dòng)力方程并進(jìn)行了求解，通過求解動(dòng)力方程，最終得到了汽車撞擊力的計(jì)算模式?；趧?dòng)力學(xué)分析和公路隧道交通事故成因分析，歸納匯總了公路隧道交通事故的預(yù)防措施，包括加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與管養(yǎng)、落實(shí)人員培訓(xùn)與管理，以及完善緊急預(yù)案及其管理系統(tǒng)等等，分別從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)以及駕駛?cè)藛T培訓(xùn)等方面進(jìn)行了分析歸納，有助于公路隧道交通安全管理工作的實(shí)施與完善。